PIPELINESTUDIOforGAS PIPELINESTUDIOFORGAS 一概述 二使用軟件的準備工作 三穩態模擬的基本步驟 四以批處理方式運行動態模擬的基本步驟 五交互 互動 式動態模擬 概覽 一概述 1軟件的特點和主要用途2TGNET與SPS的區別3軟件的人機界面 概述 TGNET是經過使用證明的 歷史悠久的輸氣體管離線模擬軟件 能夠對管道中的單相流進行穩態模擬和動態模擬 已經在全世界得到了廣泛的應用 本軟件具有全功能的圖形界面 穩定的數字求解技術 完備的設備模擬 靈活實用的理想化的控制方式和多約束條件設定 Constraintlogic 溫度跟蹤 氣體屬性跟蹤 詳盡的默認值集合 既能以批處理方式又能以交互 互動 方式運作 靈活多樣的開放的輸入輸出方式 易學易用等特點 可以對輸氣管道的正常工況和事故工況進行分析 測試和評價輸氣管道的設計參數或操作參數 最終獲得優化的系統性能 1軟件的特點和主要用途 概述 5 目前 國際公認的天然氣管道水力計算軟件主要有兩個 英國ESI公司的PipelineStudio TGNET 軟件 英國ADVANTICA 德國GL 公司STONERPIPELINESIMULATION SPS 軟件 兩個軟件的計算結果均較可靠 而且在國際上都得到了廣泛的應用 但兩者軟件在建模 求解及結果顯示等方面均有較大差別 且SPS的最大特點是不僅可以進行離線仿真 還可實現在線仿真 計算原理比較狀態方程 TGNET軟件采用Sarem BWRS Peng Peng 78 SRK5種方程 而SPS軟件采用BWRS AGA CNGA3種方程 在實際使用中 通常選用BWRS 此時兩個軟件的狀態方程是相同的 粘度模型 采用不同的經驗公式 但兩種模型的計算結果差別很小 水力模型 對TGNET軟件 SPS軟件來講 水力模型均包括質量守恒方程 動量守恒方程 能量守恒方程3個方程 兩個軟件的水力模型實質是相同的 2TGNET與SPS的區別 概述 6 管段摩阻系數 TGNET的摩阻系數采用了AGA Colebrook Pan A Pan B Weymouth5種方法 而SPS的摩阻系數采用了Colebrook Nikuradse Moody Back calculate4種方法 在實際使用中 均常用Colebrook公式 壓縮機模型 在TGNET中 壓縮機模型有3種 通用壓縮機 離心壓縮機和往復壓縮機 而在SPS中 壓縮機模型有6種 通用壓縮機 離心壓縮機 理想控制式離心壓縮機 理論功率流量壓縮機 往復式壓縮機和可變導向葉片式壓縮機 在壓縮機模型上 SPS比TGNET豐富 特別對于壓縮機的控制 SPS要強大得多 但在天然氣管道前期研究的穩態計算中 常用的壓縮機為通用壓縮機和離心壓縮機兩種 因此在二者的差異不大 實踐證明 兩個軟件計算的結果非常相近 特別是動態模擬結果幾乎沒有差別 可見兩者均適用于天然氣管網的動靜態仿真模擬 2TGNET與SPS的區別 概述 7 主要差異動靜態模型的模擬速度有所差別 對大型環狀復雜管網 TGNET的仿真模擬速度明顯不如SPS快 特別是動態模擬 因此 對于大型復雜的管網建議使用SPS軟件進行仿真計算 建立模型方式不同 兩者模型建立好后 均提供了有效性檢驗 即查錯模式 方便使用者快速查找出模型中的錯誤 TGNET一旦有效性檢驗通過后 便可進行動靜態模擬 但SPS在模型建好 通過有效性檢驗后 仍然不能進行計算 因為完整的SPS模型還需要一個非常重要的INTRAN文件 該文件需要使用者按照SPS自定義的語言進行編程 才能進行模擬計算 結果查看方式不同 TGNET靜態模擬過程中不能隨時查看結果 SPS在動靜態模擬過程中均能查看結果 但在動態時其結果隨時間變化快不易查看 需要通過建立INGRAF文件 運行GRAF后 才能查看軟件自行生成了OUTGRAF結果文本文檔 靜態也一樣 TGNET則不需要編寫任何程序 可以直接查看結果趨勢和表 2TGNET與SPS的區別 概述 8 邏輯控制方式不同 TGNET幾乎沒有什么邏輯控制 而SPS則提供了非常豐富的邏輯控制 這是源于其INTRAN文件的強大功能 在INTRAN文件中 使用者可以按照現場實際情況提前定義閥門 壓縮機 泵等設備在指定情況下的開啟和停止 SPS在模型是否運行 都不影響其參數的變化 而且模擬圖示會立即反映出因某個參數變化后系統壓力 流量等參數的變化趨勢 SPS還可模擬在某些危險情況下 自動開啟某些閥門或停止某些設備等工況 而TGNET則基本沒有這項功能 總體而言 TGNET軟件界面友好 操作方便 不必編寫程序 在管道規劃 方案比選 設計等前期階段建議采用TGNET SPS軟件操作較復雜 可在線仿真 瞬態模擬功能強大 在復雜管網瞬態計算 邏輯控制和二次開發 生產運行等后期階段建議采用SPS 2TGNET與SPS的區別 概述 3軟件的人機界面 主視窗 控制按鈕 標題條 菜單條 工具條 工作區 狀態條 概述 工作區 10 軟件的人機界面 管網視窗 管網圖 數據塊 屬性視窗 管網有效性檢查結果窗 穩態計算收斂報告窗 報警事件窗 管網元件屬性對話框 繪圖工具 切換按鈕 11 軟件的人機界面 曲線視窗 表格視窗 12 標題條 標題條位于主視窗頂部 它顯示軟件的名稱 PipelineStudio 和當前活動的管網模型名稱 在模型文件名之后是用括號標明的gas或liq以區分是氣體管網模型或是液體管網模型 如果對模型文件作了修改而又沒有保存 在括號后會出現一個 號 再后面是時間 穩態模擬時顯示00 00 00 以批處理方式運行動態模擬的過程中 時間不變 模擬結束時顯示最終的結束時間 交互式動態模擬過程中 此時間的含意是模擬進行的時間 如果出現了報警 在標題條的最后顯示Alarm 其中 表示報警的數量 軟件的人機界面 13 狀態條 狀態條位于主視窗的底部 工作區的下面 當鼠標指向主視窗的某一菜單項或工具條的工具時 狀態條顯示簡明扼要的幫助信息 當鼠標指向管網視窗的某一位置時 狀態條顯示管網元件的名稱或鼠標位置 另外在進行了某項處理之后 它還會顯示有關處理是否成功或是否完成的消息 軟件的人機界面 14 軟件的人機界面 菜單條 15 軟件的人機界面 工具條 16 軟件的人機界面 工具條 17 軟件的人機界面 工具條 18 軟件的人機界面 工具條 19 軟件的人機界面 工具條 20 軟件的人機界面 工具條 21 軟件的人機界面 工具條 22 二使用軟件的準備工作 1建立管網模型文件2設置使用的單位制和單位3設置模擬選項4保存管網模型文件 準備工作 1建立管網模型文件 1 建立新的管網模型文件2 從基本模型文件衍生新的模型文件 準備工作 24 準備工作 2設置使用的單位制和單位 點擊Simulation或標準工具條上的Units按鈕 進入Unit對話框 結合中國的情況 比較簡捷的作法是點擊Unit對話框中的Load按鈕直接裝入并使用米制 Metric 米制中使用的單位大部分符合中國的習慣 可以直接使用 如果想把米制中的壓力單位改為MPa 流量單位改為萬立方米 日 需要點擊Unit對話框中的Manager Add按鈕 在彈出的對話框中輸入表示該單位的字符串和轉換系數 選擇要使用的單位后 特別注意要在Unit對話框的ShowPressuresas列表中選擇壓力單位是使用表壓還是絕壓 還要規定好在壓力單位后面區分表壓和絕壓的后綴 通常用A表示絕壓 MPaA 用G表示表壓 MPaG 做好以上設置后 點擊Unit對話框中的Useasdefault按鈕 上述設置自動變成默認設置 以后建立新模型時不需要再作重復工作 25 準備工作 設置使用的單位制和單位 練習題 1yueshu設表壓 粗糙度 Loadmetric 新建單位 3設置模擬選項 點擊Simulation菜單的Option按鈕 會出現一個含有11個標簽的組合對話框 這一看起來很復雜的對話框平時需要注意的只是General Fluid標簽 作動態模擬時需要用到Report和Control標簽 其余部分都可以不動 使用程序的默認值即可 Report和Control的內容將在動態模擬的基本步驟中敘述 這里主要介紹一下 General 標準狀態 跟蹤選項 準備工作 練習題 1yueshuGeneral 設標態 壓力確認 溫度20度 溫度跟蹤模式 trackingquality temperature Fluid BWRS方程 27 General在Titlefor右側的文本編輯框中輸入文字標題 在ReferenceforStandardConditions下面的文本編輯框中輸入標準狀態的壓力和溫度 注意 程序默認的標態溫度與中國標準不一致 應將其改為20 而程序的標態壓力默認值是與中國標準相符的 不必修改 只是它的值會隨選用的表壓或絕壓而改變 在Tracking下面的檢查框中選中Quality和Temperature 一般情況下不要選Walltemperature 當管網中含有多個氣源時 選中Quality將使程序自動進行不同組分氣體的混合計算 跟蹤氣體性質和氣體組分在管網沿途的變化 未選中Quality時 程序將僅使用輸入的第一種氣體的組分和物性 選中Temperature時程序將根據用戶輸入的各段管道總傳熱系數和氣源的氣體溫度 在管網的每一個計算點進行熱平衡計算 算出管道各點的溫度 未選中emperature時 程序將不作熱平衡計算 直接把系統默認溫度當作管網各點氣體的溫度 選中Walltemperature時 程序根據用戶為管道輸入的各個管壁層的特性 進行詳細的管壁層間熱傳遞計算和熱平衡計算 未選中Walltemperature時 不作詳細的熱傳遞計算 直接使用總傳熱系數作熱平衡計算 注意 要作詳細的管壁層間熱傳遞計算時 需要同時選中Temperature檢查框 而且要輸入管道各層的密度 厚度 導熱系數和比熱 準備工作 28 Fluid在Equationofstates下面的下拉列表框中選擇進行物性計算使用的狀態方程Sarem BWRS SRK Peng Ideal Sarem用于不知道氣體組分時的壓縮因子計算 它是一適用于典型輸氣管道的經驗式 不適用于壓力太低和氣體中含有較多的非烴成分的情況 BWRS和Peng用于知道氣體組分的場合 適用范圍很寬 一般選BWRS 在HeatingValue下面的檢查框中選中low或high 選擇low使用低熱值 選擇high使用高熱值 在Viscosity下面選擇Constant或Calculate 選擇Constant 使用它右邊文本編輯框中的默認粘度常數 或用戶自己輸入的粘度常數 選擇Calculate 程序將自己計算氣體粘度 準備工作 29 三穩態模擬的基本步驟 1輸入氣體參數2建立管網模型3管網模型的有效性檢查4運行穩態模擬和查看計算結果 穩態模擬的基本步驟 1輸入氣體參數 PVT計算 穩態模擬的基本步驟 氣體的組分模型 氣體的簡化模型 練習題 1yueshu輸入氣體組分模型 簡化的氣體模型 必須同時選用Sarem狀態方程式 氣體的組分模型 必須同時選用BWRS或Peng狀態方程 2建立管網模型 1 繪制管網結構圖繪圖命令 編輯方法和顯示控制 2 輸入管網元件參數元件參數對話框 表格視窗 屬性視窗 3 設定邊界條件 約束和控制 約束和控制的區別 設定邊界條件的原則 4 添加各類數據塊管網元件數據塊 系統數據塊文字塊 表格數據塊5 格式刷 傳遞格式和參數 穩態模擬的基本步驟 32 2建立管網模型 在繪圖工具條中有很多用來表示管網中的管段和設備 管網元件 的按鈕 點擊一個按鈕 把鼠標移動到適當的位置 再次點擊鼠標 就可把相應的管網元件放置到管網視窗之中 注意 如果繼續點擊鼠標會再畫一個同樣的管網元件 若不想繼續 再次點擊工具條的原按鈕或箭頭按鈕即可 選擇管網視窗中的管網元件后 可以整體移動該元件 或該元件的一個節點 選中多個管網元件 可以同時移動所有選中的元件 允許管段和管段并聯 但是不允許管段和其它管網元件 例如閥門 并聯 如果管網中具有若干相似的部分 先建立第一部分 然后用復制功能繪制其余部分 步驟如下 選擇要復制的部分 在按住Ctrl和Shift鍵的同時拖動鼠標到新的位置 穩態模擬的基本步驟 1 繪制管網結構圖 33 2建立管網模型 穩態模擬的基本步驟 2 輸入管網元件參數 1 用管網元件對話框輸入雙擊管網元件 彈出對話框 輸入數據后點擊OK即可 優點 直觀 不容易出錯 缺點 當管網比較復雜 容易出錯而且效率低下 甚至還可能遺漏 2 用表格視窗輸入選擇Table工具條或Table菜單中對應種類管網元件的 輸入表 按鈕 優點 少遺漏 選擇SetTo按鈕 或拖動復制 提高工作效率 缺點 張冠李戴 需在繪制管網結構圖時按一定的順序繪制3 用屬性視窗輸入點擊標準工具條或View菜單上的Propertyview按鈕 彈出屬性視窗 優點 能夠同時看到管網元件的位置 名稱和屬性 適用于檢查或查看單個管網元件的輸入數據和計算結果 34 2建立管網模型 穩態模擬的基本步驟 2 輸入管網元件參數 用管網元件對話框輸入雙擊管網元件 彈出對話框 輸入數據后點擊OK即可 優點 直觀 不容易出錯 缺點 當管網比較復雜 容易出錯而且效率低下 甚至還可能遺漏 用表格視窗輸入選擇Table工具條或Table菜單中對應種類管網元件的 輸入表 按鈕 優點 少遺漏 選擇SetTo按鈕 或拖動復制 提高工作效率 缺點 張冠李戴 需在繪制管網結構圖時按一定的順序繪制用屬性視窗輸入點擊標準工具條或View菜單上的Propertyview按鈕 彈出屬性視窗 優點 能夠同時看到管網元件的位置 名稱和屬性 適用于檢查或查看單個管網元件的輸入數據和計算結果 35 2建立管網模型 穩態模擬的基本步驟 2 輸入管網元件參數 利用格式刷 Formatpainter 協助輸入數據選中某一管網元件 源對象 后 點擊格式刷 然后再點擊同一種類的管網元件 目標對象 可以把源對象的數據傳遞到目標對象 格式刷特別適合在管網中存在若干相同元件的情況下使用 注意有些數據 例如管道長度 不能通過格式刷傳遞 在格式刷的旁邊有一個稱為PushPin的按鈕 按下這個按鈕后 格式刷可以反復使用 直到再次點擊格式刷為止 除了可以傳遞數據外 還可以用來添加數據塊 改變數據塊和文字塊的格式等 但是 格式刷只能在同種對象之間傳遞數據 36 約束條件是指模擬過程中不能超越的一些限制條件 例如不能超過氣源的最大壓力和最大流量 不能低于用戶要求的最低壓力等 設定值是特殊的約束條件 它是必需完全符合的一些條件 例如用戶的流量 壓縮機的出站壓力等 在輸入過程中被指定為Mode的約束條件就是設定值 TGNET將求得滿足所有約束條件的解 因此在計算過程中約束條件和設定值可能發生轉化 例如 為某一用戶指定了最大流量和最低壓力兩個約束條件 同時指定了最大流量為設定值 在計算過程中如果發現在滿足用戶流量時 不能保證用戶的最低壓力 最低壓力會變成設定值 最大流量變成約束條件 即在模擬計算中PLS首先使用初始設定值 如果在計算中沒有出現違反其它約束條件的情況 就一直使用初始設定值 直到得出最后結果 如果在計算中出現了違背某一約束條件的情況 則把該約束條件當作設定值繼續計算 每臺設備總是 并且只能把一個約束條件作為設定值使用 穩態模擬的基本步驟 2建立管網模型 3 設定邊界條件 約束和控制 37 設定邊界條件 約束和控制 穩態模擬的基本步驟 練習題 1yueshu已知 氣源maxflow1714萬方 天 用戶minpressure6MPa 管道480km 內徑0 8856m 操作 僅演示 1 模擬計算結果起點壓力8 45MPa 2 修改模型 起點壓力maxpressure設為8 模擬發現流量降為1520 起點壓力為8 即氣源控制模式由maxflow轉換為maxpressure 38 每個子網盡量只指定一個壓力控制 其余為流量控制 為設備或氣源等只指定一個約束條件或設定值 求解成功后再增加約束條件 盡量最簡約束 穩態計算失敗 常見的原因有 設定值不合理 例如流量太大 起點壓力太低 管網參數不合理 例如管徑太小 約束條件不合理 若有過分約束或相矛盾的約束可能使模型在兩種或幾種控制方式之間振蕩 始終找不到合理的解 常見的幾種約束設置方式 1 起點壓力 終點流量 2 起點流量 終點壓力 3 起點壓力 終點壓力 4 起點壓力 起點流量 約束個數的理解 以主管 支管為例 2氣源1用戶 P1 Q2 Q3 穩態模擬的基本步驟 設定邊界條件技巧 39 管道約束參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 ColebrookWhite是一個很好的摩阻公式 適用于多種流動條件 Weymouth只適用于低壓系統 PanhandleA B只是在一個小范圍的流動條件下相當精確 40 管道約束參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 管道沿線高程是通過管道起點和終點的高程進行定義的 第一種 點擊Connections選項卡 出現管道的上游節點和下游節點 點擊Details 輸入管道節點高程 第二種 進入TABLE INPUTTABLES NODES 輸入elevation 41 管道參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 練習題 1yueshu已知 氣源maxflow1714萬方 天 用戶maxpressure6MPa 管道480km 內徑0 8856m 操作 新建模型1yueshu 求氣源壓力 管道傳熱參數設置有兩種方法 第一種是設置環境溫度和總傳熱系數 第二種是設置詳細傳熱參數 42 3管網的有效性檢查 如果是新建立的模型或對原模型作了大量修改 需要進行一次管網有效性檢查 此項檢查的內容包括 管網元件連接關系檢查 是否缺少必須輸入的數據 數據是否有效等 檢查出的錯誤分為兩類 警告和錯誤 警告是需要改正的非關鍵性錯誤 錯誤是必需改正的關鍵性錯誤 如果不改正就不能進行穩態模擬 有的錯誤信息旁邊有一Fix按鈕 點擊它即可進入需要修改數據的對話框 如果是缺少數據一類的錯誤 光標將直接定位于相應的字段 供用戶輸入數據 有的警告或錯誤信息旁邊沒有Fix按鈕 它們多半是原因比較復雜的錯誤或是由于其它錯誤引發的錯誤 應當先糾正明顯的錯誤 重新進行有效性檢查 如果還有錯誤 再根據錯誤信息內容判斷出錯原因 排除所有錯誤后就可以運行穩態模擬了 穩態模擬的基本步驟 錯誤報告 練習題 1yueshu操作 去掉氣源中的流量值 4運行穩態模擬 查看計算結果 穩態模擬的基本步驟 練習題 1yueshu操作 查看壓降曲線 添加數據塊 格式刷 將管徑改為0 5 觀察結果是否收斂及提示信息 程序自動判斷 如果有效性檢查已獲得通過 就跳過這一步直接進行模擬計算 如果沒有作過有效性檢查 就自動進行檢查 如果沒有錯誤 就接著進行計算 如果有錯誤 將產生出錯信息 不往下進行計算 因此 對于只作了少量改動的模型 跳過有效性檢查 直接點擊Steady State按鈕不會有任何問題 在計算過程中會顯示一個表示穩態計算收斂過程的曲線 如果所有的曲線 迭代誤差 都降到了收斂容限之下 表明迭代收斂 結果可信 在管網有效性結果窗 穩態窗 報警事件窗中可以看到有無出錯信息 如果不收斂 原因大多數是起點壓力太低 管內流量太大或管徑太小等 有很多方法查看計算結果 如果插入了數據塊 一眼就可以看到關鍵的計算結果 用輸出表格視窗 OutputTables 可以分門別類的查看所有管網元件的計算結果 用屬性視窗可以一個個的查看選中的管網元件的計算結果 用View菜單下Output子菜單的Steady StateReport按鈕可以查看整個穩態計算報告 使用圖表工具條可以用圖表方式查看管道沿線壓力 流量 溫度 高程等數據的變化情況 以壓力變化曲線為例 先選擇一條或多條管段 再點擊Chart菜單或圖表工具條上的PressureProfile按鈕 立即就會顯示一幅選中管道的壓降曲線 曲線旁邊是一張數據表 表中有若干個里程點 和各個里程點對應的壓力 44 穩態模擬的基本步驟 練習題 2yalishuliang操作 1 已知用戶最低壓力4MPa 流量2660萬方 天 管內徑0 886m 管長260km 計算起點氣源壓力 2 如果氣源起點最大壓力為9MPa 用戶最低壓力4MPa 計算該管道的最大輸量 顯示壓降曲線 45 補充 通用壓縮機參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 46 通用壓縮機參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 練習題 DN800 10 2操作 新建一個通用壓縮機 注意driver里的power 47 穩態模擬的基本步驟 練習題 3yasuoji已知 氣源最大壓力為6MPa 用戶流量2660萬方 天 用戶壓力最低4MPa 管內徑0 886m 管長260km 操作 模擬計算氣源壓力是否可以滿足用戶需求 若不滿足 請設置壓縮機并計算壓縮機功率 TIP 約束設置多種模式 可以設起點流量 壓力 壓縮機出口壓力試算 可以設起點流量 壓縮機入口壓力 末點壓力 可以設起點壓力 壓縮機出口壓力 末點流量 48 離心壓縮機參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 流量 轉速 壓頭 49 離心壓縮機參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 練習題 DN800 10 2操作 演示一個離心壓縮機 Driver constrain頁面卡設置與通用壓縮機相同 流量 轉速 效率 喘震 滯止 50 往復壓縮機參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 點擊菜單Insert ReciprocatingDefinition 調出往復式壓縮機參數定義窗體 點擊New 出現氣缸定義窗體 51 往復壓縮機參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 增加氣缸個數 如果一個往復式壓縮機內有多個氣缸 則需要設置多個氣缸 往復式壓縮機氣缸中需要輸入的參數為 CylinderAction 氣缸作用方式DobuleActing 雙作用方式 活塞的往返過程都會壓縮氣體SingleActingCrank 單曲柄連桿機構作用SingleActingHead 單作用方式不同作用方式會影響到壓縮機的排量 需要根據往復式壓縮機的實際情況進行選擇 StrokeLength 活塞行程 根據壓縮機的實際參數輸入 CylinderDiameter 氣缸直徑 根據壓縮機的實際參數輸入 Rod 活塞傳動桿直徑MinClereanceVolume 最小余隙容積 該參數會影響壓縮機的最大排出壓力MaxClereanceVolume 最大余隙容積 該參數會影響壓縮機的最小排出壓力 52 往復壓縮機參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 輸入絕熱效率 該值一般為75 85 Driver constrain頁面卡設置與通用壓縮機相同 輸入絕熱效率 該值一般為75 85 53 Leak參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 操作 演示leak 54 球閥參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 Cv值是元件對液體的流通能力 即流量系數 55 調節閥參數設置示例 穩態模擬的基本步驟 操作 演示球閥 調節閥 調節閥各參數意義 56 穩態模擬的基本步驟 習題 晉西三線管徑方案優化及壓縮機布置模擬 57 穩態模擬的基本步驟 習題 晉西三線管徑方案優化及壓縮機布置模擬 答案提示 方案一 設計壓力8 0MPa 管徑 914 12 7 支線管徑 711 10 干線2座壓氣站 支線1座 經濟性最優 從嘗試干線1座壓氣站開始 方案二 設計壓力8 5MPa 管徑 914 14 2 支線管徑 610 11 干線1座壓氣站 支線1座 經濟性次優 方案三 設計壓力10MPa 管徑 813 14 2 支線管徑 711 11 9 干線2座壓氣站 支線1座 經濟性較差 方案四 設計壓力8 0MPa 干線管徑 813 11 9 支線管徑 711 10 干線3座壓氣站 支線1座 經濟性最差 58 四以批處理方式運行動態模擬的步驟 1獲得一個有效的初態2建立動態腳本3指定報告的頻度和報告的內容4運行動態模擬5查看動態模擬報告和趨勢報告6建立動態趨勢圖 以批處理方式運行動態模擬 59 1獲得一個有效的初態 運行動態模擬的必要條件是管網模型要有一個初始狀態 最常用的初始狀態是穩態計算的結果 以前動態模擬的結果也可以作為下一次動態模擬的初始狀態 任何模型初次運行動態模擬之前都需要先作穩態模擬 以批處理方式運行動態模擬 60 2建立動態腳本 添加必要的約束 所謂動態腳本或動態情景 TransientScenario 實際上是一張表 表中含有在動態模擬的過程中有哪些管網元件的哪些數據會發生改變 閥門的開度 用戶的耗氣量 氣源的壓力或氣量等 什么時間改變 變成多少等等 軟件將把這張表格當預定的腳本或情景 分析計算管網的動態工況 Scenario編輯器的基本用法 導入 導出 以批處理方式運行動態模擬 操作 leak0及leak模型 演示放空的動態腳本 插入一列或多列 注意變化的上一時刻時間點的狀態指定 61 3指定報告的頻度 和報告的內容 指定趨勢報告的內容 雙擊需要趨勢報告的管網元件 在對話框中點擊Trend標簽 在出現的趨勢列表中選擇需要研究的趨勢 如果所有同種類的元件都需要同樣的趨勢報告 在點擊OK之前先點擊ApplytoAll 重復以上過程 指定所有需要的動態趨勢 以批處理方式運行動態模擬 操作 演示leak0的trend設置 62 以批處理方式運行動態模擬 趨勢報告的頻度 Simulation Option Control本對話框中其中的默認值適用于大多數情況 在對軟件熟悉到一定程度之前不要修改其中的參數 進行動態模擬時 要產生大量的數據 需要在本對話框中設置產生趨勢報告的頻度 在Trendcontrol下面的下拉列表中選擇None不產生趨勢報告 選擇Print按動態模擬報告的設置產生趨勢報告 選擇Maximum在每一個時間步都要產生趨勢報告 選擇Minimum 需要在下面DeltaTime右邊的文本編輯框中輸入一個時間間隔 軟件將在最靠近該時間間隔的時間步產生趨勢報告 選擇Periodic 也要在下面DeltaTime右邊的文本編輯框中輸入一個時間間隔 軟件將按該時間間隔產生趨勢報告 一般選擇maximum或Periodic 操作 Trendcontrol設置為periodic 0 5h 觀察view output trend 模型leak0 63 指定動態報告的頻度 Simulation Option Report本對話框主要是設置軟件輸出報告的各個參數 其中的默認值適用于大多數情況 但是進行動態模擬時 由于要產生大量的輸出結果 必需指定產生動態模擬的報告的頻度 在Dynamic下面選中Notransientreports時 不產生動態模擬報告 選中Intervaltimebetweenreports時 按其右邊文本編輯框中指定的時間間隔產生報告 選中Listofreporttime時按其右邊文本編輯框中指定的時間列表產生報告 以批處理方式運行動態模擬 操作 Trendcontrol設置為maximum dynamic設置為listofreporttime2 13 1 觀察view output trend及transient report模型leak0 64 4運行動態模擬 用穩態模擬的結果作初態時 點擊Simulation菜單或模擬工具條的Transient按鈕就可以開始運行動態模擬 在屏幕上會出現一信息框 其中含有模擬計算的起始時間 當前計算的時間和終止時間 當當前時間等于終止時間時 動態模擬即告結束 用上一次動態模擬的結果作初態時 需要點擊Simulation菜單或模擬工具條的TransientRestart按鈕 以批處理方式運行動態模擬 65 5查看動態模擬報告和趨勢報告 用View菜單下Output子菜單的TransientReport按鈕查看動態模擬報告 該報告按Simulation Report對話框中指定的頻度詳細記錄了管網在各個時間的全部計算結果 此文件中還記錄了約束條件切換的過程 質量平衡誤差 報警等信息 趨勢報告沒有此類信息 動態模擬結束后數據塊中的數據是模擬結束時的數據 完整的計算結果分別保存在動態模擬報告和趨勢報告兩個文件中 用View菜單下Output子菜單的TrendReport按鈕查看動態趨勢報告 該報告按Simulation Control對話框中指定的頻度詳細記錄了所要求的趨勢數據隨時間變化的情況 本報告中沒有出錯信息 但是也需要分析計算結果的合理性 尤其是要注意管網元件控制方式的變化是否合理 有沒有出現不合理的壓力和流量等 以批處理方式運行動態模擬 66 6建立動態趨勢圖 PLStudio提供了用圖形表示動態趨勢的能力 點擊Chart菜單的TrendPlot按鈕 在對話框中依次選擇管網元件的種類 元件名稱 趨勢名稱 以及該趨勢是使用第一Y軸或第二Y軸 然后點擊OK 在圖表視窗中就會顯示出選定的數據隨時間變化的曲線 注意只有同種數據才能使用同一Y坐標軸 以批處理方式運行動態模擬 操作 模型leak0查看趨勢報告及趨勢圖 67 以批處理方式運行動態模擬 練習題 泄漏4leak已知 氣源壓力為8MPa 用戶流量1714萬方 天 管內徑0 886m 管長480km 第3小時開始泄漏 泄漏口徑0 05m 操作 建模 計算用戶壓力等于4MPa的時間 68 以批處理方式運行動態模擬 練習題 放空5fangkong已知 氣源壓力為8MPa 用戶流量1714萬方 天 管內徑0 886m 管長480km 第3小時開始截斷閥門放空 放空管徑0 3m 求放空時間 69 以批處理方式運行動態模擬 累計流量計算時間和清零時間 70 以批處理方式運行動態模擬 71 以批處理方式運行動態模擬 72 以批處理方式運行動態模擬 73 以批處理方式運行動態模擬 74 以批處理方式運行動態模擬 75 以批處理方式運行動態模擬 練習題 壓縮機停機及再啟動6yasuojitingshu 6yasuojiqidong已知 氣源壓力為6MPa 用戶流量1714萬方 天 管內徑0 886m 管長480km 壓縮機設在首站 出站壓力8MPa 壓縮機第3個小時停輸 求用戶壓力降為4MPa的時間 并計算最遲什么時候重新啟動壓縮機才能保證用戶壓力大于4MPa 9 5h 76 以批處理方式運行動態模擬 練習題 壓縮機停機7yasuojitingqidDN900已知 修改已有模型DN900 8 2 已有模型為干線管徑 914 12 7 支線管徑 711 10 干線2座壓氣站 靖邊首站壓縮機出站壓力為8MPa 氣源流量1714萬方 天 干線管內徑0 886m 管長如下圖 支線延長首站流量857萬方 天 壓力4MPa 西安末站壓力要求不低于4MPa 操作干線第2臺壓縮機第3個小時停輸 求用戶壓力降為4MPa的時間 觀察壓縮機的流量及前后的壓力情況 77 以批處理方式運行動態模擬 練習題 壓縮機停機7yasuojitingqidDN900壓縮機停機后其通過流量突然變為零 壓縮機站關閉 其上游管段處于儲氣狀態 而下游管段處于抽空狀態 因此它的上游壓力不斷提高 而下游壓力不斷下降 到第 小時壓縮機的上 下游壓力相等 壓縮機站進入旁通狀態 其通過流量一開始增加很快 然后流量增加的步伐逐步放緩 處于旁通狀態后 壓縮機的壓力逐步緩慢下降 進一步將干線首站壓縮機出站壓力改為6MPa 發現壓縮機旁通恢復流量所需時間延長 因為此情況壓縮機前后壓差更大 前后達到相等壓力需要時間延長 見7yanjiu 78 以批處理方式運行動態模擬 練習題 壓縮機停機再啟動7yanjiu2在模型7yanjiu的基礎上 在第3小時關閉壓縮機 第3 1小時再啟動壓縮機 但是軟件在3 1小時并沒有啟動壓縮機 而是上下游壓力相等 5 2小時 再啟動壓縮機 問題 如果末端用戶壓力最低要求為2 5MPa 求啟動壓縮機的最遲時間 7 5小時 見模型7yanjiu3 79 以批處理方式運行動態模擬 儲氣調峰天然氣用戶出現日不均勻 時不均勻的用氣規律 產生用氣高峰和低谷 但氣源的供氣量不能完全隨用氣量的變化而變化 為了保證穩定供氣 需考慮供氣用氣平衡 即儲氣調峰 模擬步驟 1 整理數據 操作 演示data excel 檢查氣源 用戶是否流量平衡 2 計算高峰日平均小時流量初選管徑進行穩態計算 80 以批處理方式運行動態模擬 儲氣調峰3 輸入動態腳本表 操作 transientscenario import export 檢查氣源 用戶是否流量平衡 4 設置約束 5 安排趨勢報告 6 動態計算 7 判斷結果的合理性及動態變化的周期性 81 以批處理方式運行動態模擬 練習題 peakshaving1 打開基本模型文件Peakshaving 該模型是一假想城市的4 0Mpa高壓干線 各個Delivery將與2 5MPa高壓干線相連 因此它們的壓力不得低于2 6MPa 在基本模型文件中假定各管段的管徑為 660 2 為各Delivery計算出小時流量 檢查不均勻系數之和是否為24 和高日平均小時流量 計算高日總用氣量的平均小時流量 參見PEAKSHAVING流量核算 csv3 按各Delivery的高日平均小時流量作為MaximumFlow的約束值和初始設定值 進行穩態計算 4 點擊Simulation菜單的TransientScenario按鈕 在腳本表中插入所有delivery 并選擇MaxFlow作為要在腳本表中改變的設定值 再插入幾個時間序列 右擊腳本表 導出空白腳本 用Excel打開空白腳本表 觀察腳本表的Excel格式 粘貼數據 另存時選用CSV 逗號分隔 在PLS中導入該CSV文件 82 以批處理方式運行動態模擬 練習題 peakshaving5 把高日總用氣量的平均小時流量作為Supply的最大流量約束條件 6 在Supply和Delivery的趨勢報告中加入Pressure flow在Pipe的趨勢報告中加入Iventory 7 作動態計算 8 查看動態報告 9 peakshaving模型 高日總用氣量的平均小時流量387 171km3 h作為氣源最大流量限制 僅靠管網自身調峰 發現管網調峰量為54萬方 用戶壓力未滿足2 6MPa的最低要求 10 把基本模型文件另存為Peakshaving a 去掉Supply的流量約束 讓它可以自由波動 管徑仍為 660 11 peakshavinga模型 氣源放開了最大流量限制 讓氣源參與調峰 發現管網調峰量為5 59萬方 僅為上一個模型管網調峰量的10 而氣源最大流量是518km3 h 此案例可看出管道的調峰作用很小 主要靠氣源進行調峰 而氣源是否能提供這樣的流量范圍 需要進行確認 同時發現用戶的最低壓力遠遠超過2 6MPa的要求 考慮進一步縮小管徑 83 以批處理方式運行動態模擬 練習題 peakshaving12 考慮進一步縮小管徑 將內徑由0 6314m減小為0 533m 演變為模型peakshavinga2 13 peakshavinga2模型結果 氣源放開了最大流量限制 讓氣源參與調峰 發現用戶的最低壓力接近2 6MPa的要求 14 以上是依靠氣源調峰 接下來思考單獨靠管道調峰方案 對模型peakshaving做改進 將管內徑進一步放大到0 6824 思考不靠氣源只靠管網調峰的情況 即以下模型peakshavingb 15 peakshavingb模型 氣源限制了最大流量 只靠管網調峰 發現管徑進一步放大到0 6824m 能滿足用戶的最低壓力要求2 6MPa 結論 完全靠管道自身的儲氣能力調峰 需要DN700的管道 調峰量為53 57萬方 84 以批處理方式運行動態模擬 練習題 peakshaving16 以上考慮了單獨靠氣源 可減小管徑 單獨靠管道 需放大管徑 調峰 考慮兩種方案聯合 適當放大氣源最大流量 把peakshaving進行改進 存為peakshavingc 適當放大氣源最大流量 設為400km3 h 管徑仍為0 6314m 發現當管道調峰能力不足 若氣源能提供比平均值大一些的流量 也能滿足用戶的最低壓力要求 17 下面考慮增加儲氣管道調峰 把peakshaving進行改進 存為peakshavingd 加一段DN700的管道 壓力6 4MPa 考慮該管段的儲氣能力 發現原管網內徑降到0 533能滿足用戶壓力需求 觀察DN700管道的調峰量 達到48 95萬方 注 將該氣源壓力改為4MPa 發現不能滿足用戶壓力需求 85 以批處理方式運行動態模擬 氣源中斷 持續時間 及恢復 86 以批處理方式運行動態模擬 氣源中斷